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Gasisolierte Übertragungsleitungen (GIL)Übertragungstechnologie für hohe Leistungen

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GIL – Übertragungstechnologie für große Leistungen

Flexibilität à la GIL: ober- oder unterirdisch

Wo immer Umweltverträglichkeit oder bauliche Gründe gegen eine Hoch-

spannungsfreileitung sprechen, setzen unsere Kunden im Hochleistungs-

bereich auf gasisolierte Übertragungsleitungen der zweiten Generation.

Ihre besonderen Vorteile: Hohe Energieübertragungsleistung, wesentlich

bessere Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) als alle klassischen

Übertragungssysteme, geringe Verluste, hohe Sicherheit (keine Brandge-

fahr) und Vielseitigkeit bei der Verlegung. So können unsere GIL-Systeme

oberirdisch, in entsprechenden Tunneln oder unmittelbar im Erdreich

geführt werden, je nach den individuellen Anforderungen.

Qualität und Zuverlässigkeit durch überlegene Technik und erstklassiges Know-howUnsere GIL-Systeme basieren auf der seit Jahrzehnten bewährten SF6-Rohrleitertechnik. Bei dieser Technologie ruht ein zentraler Aluminiumleiter mit einem typischen Leiterquerschnitt von bis zu 5300 mm² auf Gießharzisola-toren, die ihn innerhalb eines Außenmantels zentrieren. Der Mantel besteht aus einem robusten Aluminiumrohr, in dem das System mechanisch und elektrisch sicher gekapselt ist. Dem aktuellen Stand von Umweltschutz und Technik entsprechend besteht die GIL-Isoliergasfüllung vorwiegend aus Stickstoff mit einer kleineren Beimischung von SF6. Zur Erhöhung der Lebensdauer verläuft bei der „Hoch leistungs“-Produktreihe über die gesamte horizon-tale Leitungslänge eine Teilchenfalle. Ein automatisierter Orbital schweißprozess sowie speziell angepasste Ultraschall prüfverfahren gewährleisten die perfekte Gasdichtigkeit der Aluminiumrohre.

Im Betrieb sind die GIL-Leitungen durch die vollständige Kapselung vor Umwelteinflüssen geschützt. Durch den technologisch klaren, logischen Aufbau und den Einsatz hochwertiger Materialien ergibt sich ein wartungsfreies Produkt, das nur äußerliche Inspektionen erfordert. Selbst die Frage der Demontage am Ende der Lebensdauer ist schon heute beantwortet: Sowohl das Rohrsystem mit all seinen Komponenten als auch das Isoliergasgemisch kön-nen vollständig wieder verwertet werden. Diese Faktoren sorgen für eine Minimierung der Lifecycle-Costs.

Eindrucksvoller Praxisbeweis: GIL im deutschen Kraftwerk WehrIm Kavernenkraftwerk Wehr im Schwarzwald installierte Siemens 1975 eine erste GIL-Strecke im Tunnel. Mit fast vier Kilometern Phasenlänge gilt diese Anlage noch immer als wichtiges Referenzprojekt für die GIL-Technik. Eine Überprüfung nach 30 Jahren Betrieb zeigte, dass sämtli-che Komponenten auch nach dieser langen Zeit noch im Topzustand sind und dem Betreiber noch über Jahrzehnte hinweg zuverlässig dienen wird.

Flexibel im Anschluss – optimale Integration ins NetzGIL-Systeme bestehen aus einer überschaubaren Zahl von modularen Elementen, die sich nach festgelegten tech nischen Regeln kombinieren lassen. Somit besteht bei GIL-Systemen für die Gesamtlänge keine Begrenzung, wobei nahezu jede Art von Trassen führung, z. B. in dicht bebauten Gebieten, bei Straßen querungen, auf sumpfigem Untergrund usw. realisiert werden kann. Um dies zu gewähr leisten, werden bei der Montage von GIL-Systemen ausgereifte, produktspezifisch modifizierte Verlegetech-niken aus dem Pipelinebau eingesetzt.

Technisch bieten die GIL-Systeme von Siemens durch ihre herausragenden Eigenschaften größtmögliche Flexi bilität. Ihre hohe Übertragungsfähigkeit und die geringen Ver-luste erlauben die direkte Anbindung der GIL-Phasen an die Freileitungen, die somit unterirdisch fortgeführt werden. Aufgrund der niedrigen elektrischen Kapazität von GIL-Systemen sind in der Regel keine Kompensations-drosseln erforderlich – nicht einmal für sehr lange GIL-Abschnitte mit bis zu 70 km Länge. Die technischen Eigen-

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43

2

2

1

160 m 4570 m

30 m

100 m

Kraftwerk Wehr, Deutschland

1 600-MVA-Transformator2 Gekapselte Überstromableiter3 Übertragungsschaltanlagen4 GIL-Verbindung5 Freiluft-Überspannungsableiter6 Freileitung

GIL

Kabel

Freileitung

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µT]

Gute EMV-Eigenschaften

Magnetfelder in Mikrotesla (µT) für GIL, Freileitung und Kabel (VPE-Kabel, Cross-bonding) für ein 400-kV-Doppelsystem bei 2 x 1000 MVA Last, Verlegetiefe für Kabel und GIL: 1 m.

Gegenüberstellung der Magnetfelder von verschiedenen Hochspannungsübertragungssystemen

schaften der Siemens-GIL ermöglichen die automatischen Wiedereinschaltsequenzen der Freileitung beizubehalten, sodass keine Modifikation des Schutzkonzepts erforderlich ist. Aus denselben Gründen eignen sich GIL auch ideal für den direkten Anschluss an Umspannstationen oder Transformatoren.

Überlegene BetriebssicherheitGIL-Systeme von Siemens überzeugen nicht nur durch ihre technischen Daten, sondern auch durch ihre hervor-ragende Betriebssicherheit. Gefahrenpotenziale anderer Lösungen sind bei GIL-Systemen nicht bekannt. GIL sind durch ihre Gehäuseerdung völlig berührungssicher im Betrieb; zudem sind sie brand- und explosionssicher. Ihre elektrische Isolation ist alterungsfrei, sodass das Risiko interner Störungen praktisch gegen null geht. GIL von Siemens werden aus mehreren geschlossenen Gasräumen unterschiedlicher Länge zusammengesetzt, wodurch sich die Sicherheit im Falle äußerer Stoßeinwirkungen weiter erhöht. GIL-Systeme sind dicht auf Lebenszeit und

wartungsfrei, sodass ihre überlegenen Eigenschaften erhalten bleiben.

Flexible Trassenplanung durch beste elektro magnetische VerträglichkeitBedingt durch ihren Aufbau erzeugen GIL-Systeme wesent-lich kleinere – um den Faktor 15 bis 20 schwächere – elektr omagnetische Felder als herkömmliche Übertragungs-systeme. Dadurch eignen sich GIL für eine völlig neuartige Trassenführung durch besiedelte Gebiete (z. B. in der Nähe von Krankenhäusern, Wohngebieten oder Flug-überwachungsanlagen usw.). GIL können gemeinsam mit anderen Betriebsmitteln, z. B. direkt neben Telekommuni-kationseinrichtungen in kombinierten Infrastruktur tunneln verlegt werden. Somit bieten GIL maximale Flexibilität für die Planung von Übertragungsnetzen in EMV-sensiblen Umgebungen, in denen Magnetfelder vermieden werden müssen. GIL-Systeme erfüllen auch die strengsten Vorschriften hinsichtlich der magnetischen Flussdichte, z. B. den in der Schweiz geltenden Grenzwert von 1 µT.

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Oberirdische VerlegungGIL können oberirdisch auch bei extremen Umgebungs-bedingungen problemlos eingesetzt werden. Hohe Außen-temperaturen, intensive Sonneneinstrahlung oder extreme atmosphärische Belastungen wie Staub, Sand oder Nässe können der GIL nichts anhaben. Ein Korrosionsschutz ist dabei im Allgemeinen nicht nötig. Bei oberirdischer Verle-gung können besonders hohe Übertragungsleistungen erzielt werden.

Verlegung im TunnelTunnel aus Fertigbauelementen sind eine weitere Mög-lichkeit, GIL-Trassen schnell und einfach zu errichten. Die Tunnelelemente werden im Graben zusammengefügt, anschließend wird dieser verfüllt. Langfristige Störungen des Landschaftsbildes sind damit ausgeschlossen. Nach der kompletten Fertigstellung des Tunnels wird die GIL im Untergrund montiert. Bei dieser Variante kann der Boden über dem Tunnel wieder vollständig landwirtschaftlich genutzt werden. Die thermische Beeinflussung des Erd-reichs durch die GIL ist vernachlässigbar. Das System bleibt für Inspektionsarbeiten leicht zugänglich, und eine hohe Übertragungskapazität ist gewährleistet.

VertikalverlegungGasisolierte Rohrleiter können problemlos mit beliebiger Steigung verlegt werden. Damit sind sie insbesondere für Kavernenwasserkraftwerke eine ideale Lösung, bei denen große Energiemengen vom unterirdischen Maschinen-transformator zur Schaltanlage und zur Freileitung an der Oberfläche übertragen werden müssen. Da von GIL-Syste-men keine Brandgefahr ausgeht, können sie in einem Tunnel oder Schacht verlegt werden, der gleichzeitig als Zugang dient und zur Lüftung genutzt werden kann.

Direkte ErdverlegungSiemens bietet auch GIL-Lösungen für die direkte Erdver-legung an. Diese Systeme sind mit einer durchgehenden Polyethylenbeschichtung versehen, die als zusätzlicher Schutz für die korrosionsbeständige Aluminiumlegierung der Kapsel dient und das System im Erdreich länger als 40 Jahre schützt. Da in der Nähe aller Siemens GIL-Sys-teme nur minimale Magnetfelder auftreten, kann der Boden nach der Installation wieder landwirtschaftlich genutzt werden.

Vielseitigkeit bezüglich Anwendung und Verlegung

Flexibilität für Ihren Erfolg

Dank ihrer besonderen Eigenschaften haben sich GIL-Systeme

inzwischen überall auf der Welt etabliert, wo schwierige Über-

tragungsaufgaben bei komplexen Trassenführungen gemeistert

werden müssen.

GIL-Anlagen wurden in jeder nur denkbaren Anordnung

realisiert: in Schächten, die senkrechte Abschnitte von 200 m

enthalten, entlang steiler Gefällstrecken, ober- und unterirdisch

um Gebäude herum sowie entlang sanft geschwungener Trassen

– ohne Verwendung von Winkelstücken.

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Gesamte Phasenlänge > 90.000 m Oberirdische Verlegung > 62.000 m Tunnelverlegung > 23.000 m Direkte Erdverlegung > 5.000 m

Typische ReferenzprojekteIn dem 2010 errichteten Pumpspeicherkraftwerk Limberg II in Kaprun, Österreich, wurde eine GIL in einem Schacht mit 42° Steigung verlegt. Sie verbindet das Kavernenkraft-werk mit der 380-kV-Freileitung auf ca. 1600 m Höhe. Da von GIL-Systemen keine Brandgefahr ausgeht, kann der GIL-Tunnel nicht nur als Zugang, sondern auch zu Lüftungs zwecken genutzt werden. Dadurch ergab sich eine erhebliche Kosteneinsparung, da die Notwendigkeit eines zweiten Schachts für dieses Projekt entfiel.

Ein typisches Beispiel für die guten EMV-Eigenschaften ist das Projekt PALEXPO in Genf, Schweiz. Eine im Tunnel verlegte GIL ersetzte 500 Meter einer bisherigen 300-kV-Doppelfreileitung, die wegen des neuen Messezentrums verlegt werden musste. Ausschlaggebend bei der Ent-scheidung des Leitungsbetreibers für eine GIL-Lösung statt einer Kabellösung waren die wesentlich besseren EMV-Eigenschaften des GIL-Systems. Hochempfindliche elektronische Geräte können nun in der neuen Halle aus-gestellt und betrieben werden, ohne dass ein Risiko von Störeinstrahlungen aus der darunter verlaufenden 300-kV-Verbindungsleitung besteht.

Mast 175 Mast 176

PALEXPO Halle 6

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Minimaler Aufwand – optimales ErgebnisDie GIL-Technologie wurde entwickelt, um eine größtmögli-che Vielzahl von Anforderungen abzudecken, die aus der Montage und dem Betrieb erwachsen. So ist neben der klassischen GIL-Montage vor Ort auch die Montage vorge-fertigter Module am Installationsort möglich und somit eine optimale Anpassung an die gewählte Trassenführung. Alle GIL-Konzepte haben auch logistische Vorteile: Sämtli-che Elemente wie Rohre, Winkelelemente und Spezial-module sind klein und leicht genug für den Transport auf vergleichsweise leichten Standard-Lkw.

Ein wichtiger Aspekt bei der Installation ist die Herstellung gasdichter Verbindungen für die Komponenten. Zur Erfüllung dieser Anforderung setzt Siemens ein automatisiertes, computer gesteuertes Schweißverfahren ein. Ein Schweiß-roboter sorgt für höchste Genauigkeit und Reproduzierbar-keit der Schweißnähte. Die Qualität jeder Schweißnaht wird zu 100 Prozent mittels Ultraschallprüfungen kontrol-liert, um perfekte Gasdichtigkeit und mechanische Festig-keit sicherzustellen. Somit muss während der gesamten Lebensdauer von über 50 Jahren kein Isoliergas nach-gefüllt werden.

GIL – Technische Daten

Nennspannung 245 bis 550 kV

Typischer Nennstrom (höhere Werte auf Anfrage)

bis zu 4.500 A

Nennkurzzeitstrom 63 kA/3 s

Isoliergas N2/SF6-Gasgemisch

Typische Systemlänge 100 m bis 100 km

Steh-Stoßspannung 1.050 bis 1.675 kV

Kapazität 55 nF/km

Überlastbarkeit bis zu 100 % je nach Konstruktion und Anforderungen

Außendurchmesser ~375 bis 522 mm

Gewicht pro Phase ~50 kg/m

Durchgängiges Konzept vom Entwurf bis zum Betrieb

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Firmengründer Werner von Siemens, 1887

Unser Firmengründer Werner von Siemens interessierte sich leidenschaftlich für zukunftsweisende Technologien und ihre Nutzung im Dienste der Menschen. Die GIL-Tech-nologie von Siemens entspricht dieser Philosophie voll-kommen: Ihre bahnbrechenden technischen Vorteile revo-lutionieren die Energieübertragung mit besonders hohen Spannungen und Strömen.

Durch das kontinuierliche Wachstum der Weltbevölkerung und die Urbanisierung ist die Notwendigkeit, große Ener-giemengen mit besonders hoher Spannung direkt in die Zentren der Städte zu bringen, stark gewachsen. Gleichzei-tig wird der für die Übertragungsnetze verfügbare Raum immer knapper, und umweltbezogene Anforderungen wie EMV und Brandschutz gewinnen zunehmend an Bedeu-tung. GIL erfüllt diese Anforderungen perfekt.

Auch bei der Stromerzeugung findet ein konzeptioneller Wandel statt. Da die natürlichen Ressourcen begrenzt sind, gewinnen Systeme zur Stromerzeugung aus rege-nerativen Energiequellen zunehmend an Bedeutung. Offshore-Windparks und Solarkraftwerke werden errich-tet, die in entlegenen Regionen riesige Energiemengen zur Verfügung stellen. Daher benötigt man Übertragungs-systeme, die große Energiemengen mit höchster Zuverläs-sigkeit und minimalen Verlusten transportieren können.

Siemens‘ Antwort auf diese Herausforderungen heißt GIL In Bereichen, wo die Verwendung von Freileitungen nicht möglich ist, bieten gasisolierte Übertragungsleitungen von Siemens zahlreiche Vorteile gegenüber anderen Übertragungssystemen:

■ Hohe Nennspannungen und Übertragungskapazität bis zu 3700 MVA pro System

■ Hohe Überlastbarkeit

■ Automatische Wiedereinschaltung

■ Langstreckentauglichkeit (70 km und mehr ohne Blindleistungskompensation)

■ Hohe Kurzschlussfestigkeit (auch bei Störlichtbögen)

■ Möglichkeit zum Direktanschluss an gasisolierte Schaltanlagen (GIS) und gasisolierte Überspannungs-ableiter ohne Kabeleinführung

■ Nicht entflammbar, daher keine Brandgefahr im Störungsfall

■ Geringste elektromagnetische Felder

■ Keine Alterung

Die GIL-Technologie wird sich zweifellos zu

einem tragenden Pfeiler der großen Energie-

übertragungsprojekte der Zukunft ent-

wickeln: Energieübertragung im Gigawatt-

Bereich von riesigen Offshore-Windparks

durch Unterseetunnel, wie in Europa derzeit

für die Nordsee in Planung; Anschluss wich-

tiger Kraftwerke an die Übertragungsleitun-

gen mit maximaler Zuverlässigkeit, z. B. bei

Projekten wie Desert-Tec usw.; unterirdische

Übertragung großer Energiemengen direkt

in die Mega städte der Zukunft – in all diesen

Fällen wird diese Technologie einen Beitrag

zur kontinuierlichen Verbesserung der

Lebens qualität der Menschen leisten.

Herausforderungen in Gegenwart und Zukunft

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Power Transmission Division Bestell-Nr. E50001-G620-A125 | Printed in Germany | Dispo 30000 | c4bs-Nr. 7463 | TH 250-120879 | BR | 473142 | WS | 11121.5

Gedruckt auf elementar chlorfrei gebleichtem Papier.